Proč není možné v transformátoru použít pouze jedno vinutí jako primární i sekundární?

Hlavní důvod, proč jedno vinutí nemůže být použito jako primární i sekundární část transformátoru, spočívá v základních principech funkce transformátoru a požadavcích elektromagnetické indukce. Zde je podrobnější vysvětlení:

1. Princip elektromagnetické indukce

Transformátory fungují na základě Faradayho zákona elektromagnetické indukce, který říká, že se změnou magnetického toku v uzavřeném obvodu dojde k indukci elektrického napětí (EMF) v tomto obvodu. Transformátory tento princip využívají tak, že střídavý proud v primárním vinutí vytváří měnící se magnetické pole. Toto měnící se magnetické pole pak indukuje EMF ve sekundárním vinutí, což umožňuje transformaci napětí.

2. Potřeba dvou nezávislých vinutí

Primární vinutí: Primární vinutí je připojeno k zdroji energie a nese střídavý proud, který vytváří měnící se magnetické pole.

Sekundární vinutí: Sekundární vinutí je umístěno na stejném jádře, ale je izolováno od primárního vinutí. Měnící se magnetické pole prochází sekundárním vinutím, indukuje EMF podle Faradayho zákona, což generuje proud.

3. Problémy s jedním vinutím

Pokud by bylo použito jedno vinutí jako primární i sekundární, došlo by k následujícím problémům:

Samoindukce: V jednom vinutí vytváří střídavý proud měnící se magnetické pole, které opět indukuje samoindukovací EMF v tom samém vinutí. Samoindukovací EMF brání změnám proudu, efektivně potlačuje změny proudu a brání efektivnímu přenosu energie.

Není izolace: Jedním z důležitých funkcí transformátoru je poskytnout elektrickou izolaci, která odděluje primární obvod od sekundárního obvodu. Pokud by existovalo jen jedno vinutí, nebyla by mezi primárním a sekundárním obvodem žádná elektrická izolace, což je nepřijatelné v mnoha aplikacích, zejména těch, kde hraje roli bezpečnost a různé úrovně napětí.

Nelze dosáhnout transformace napětí: Transformátory dosahují transformace napětí změnou poměru otáček mezi primárním a sekundárním vinutím. S jedním vinutím není možné změnit poměr otáček a dosáhnout zvýšení nebo snížení napětí.

4. Praktické problémy

Vztah mezi proudem a napětím: Poměr otáček mezi primárním a sekundárním vinutím určuje vztah mezi napětím a proudem. Například, pokud má primární vinutí 100 otáček a sekundární vinutí 50 otáček, sekundární napětí bude poloviční oproti primárnímu napětí a sekundární proud bude dvakrát vyšší než primární proud. S jedním vinutím nelze tento vztah dosáhnout.

Dopad zatížení: V praxi je sekundární vinutí transformátoru připojeno k zatížení. Pokud by existovalo jen jedno vinutí, změny zatížení by přímo ovlivňovaly primární obvod, což by vedlo ke nestabilitě systému.

5. Speciální případy

I když transformátory obvykle vyžadují dvě nezávislá vinutí, existují speciální případy, kdy lze použít autotransformátor. Autotransformátor využívá jedno vinutí s navazovacími body pro dosažení transformace napětí. Avšak autotransformátor nezajišťuje elektrickou izolaci a používá se v konkrétních aplikacích, kde jsou důležité úspory na nákladech a velikosti.

Shrnutí

Transformátory potřebují dvě nezávislá vinutí pro efektivní přenos energie, elektrickou izolaci a transformaci napětí. Jedno vinutí tyto základní požadavky nesplňuje a proto nemůže být použito jako jak primární, tak sekundární část transformátoru.